CN107482599A - 一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，对断路器采用逐相合闸控制，包含以下步骤：(1)首合闸相采用定相位关合降低合闸电流的直流分量；(2)次合闸相和末合闸相的关合操作：需要检测到前一合闸相合闸完成且未检测到合闸于故障，且检测到前一合闸相电流瞬时值有效过零之后，再进行下一合闸相的定相位关合。本方法可有效降低输电线路空载合闸直流偏置电流所造成的断路器无法分闸的风险，避免断路器触头持续长时间烧蚀或损坏，提高开关设备可靠性，有利于电力系统安全稳定运行。

Description

一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别是涉及一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法。

背景技术

超高压长距离输电线路通常采用高压并联电抗器平衡线路产生的容性无功，以增加线路输送能力，同时改善线路工频过电压。但是，在空载长输电线路合闸瞬时，因电抗器电流不能突变，充电过程中会产生较大直流电流，当电流工频分量小于直流分量时，合空线操作后短时间内流过断路器的电流没有稳定过零点。若三相电流较长时间不过零，则可能导致保护误动。因直流偏置造成的电流持续不过零、燃弧时间可持续数百毫秒甚至更长，灭弧室内的绝缘气体吹弧能力减弱，将最终导致断路器主触头分位后不能及时灭弧。在SF6气体被电弧过度加热、介质强度显著下降情况下，当断口两侧恢复电压较高时将引发重燃或重击穿继而产生高幅值的过电压冲击，持续的燃弧也会烧蚀灭弧室部件、劣化绝缘气体，甚至损坏断路器本体，发展成为对地闪络等严重故障。

上述情况可能在以下场合出现：

1)线路断路器合分空载线路试验；

2)线路存在接地故障时断路器合空线(单相重合闸闭锁)，线路保护动作命令断路器三相立即分闸；

3)运行线路发生单相永久接地故障，单相重合闸失败后三相跳闸。

在断路器的关合时间较稳定的条件下，采用定相位关合技术可以控制断路器合闸角的初相位，从而使得断路器各相可以在预定的相位附近实现电气关合。通过断路器定相位关合技术可以抑制电力系统中合闸操作的暂态过程冲击，如减小合闸涌流和过电压等。

并联电抗器容量越大，补偿度越高，线路合闸出现直流偏置的风险越大。所以需要在长距离输电线路空载合闸时，对断路器进行逐相关合控制，通过定相位关合抑制合闸电流直流分量的大小，并且在上述措施因合闸时间偏差仍然存在直流偏置时，通过检测合闸电流有效过零后再进行后合闸相的控制。从而有效降低断路器合闸后短期内分闸无法灭弧的风险，保护断路器设备免遭损坏，提高电力系统稳定。

《电力与电工》2010年12月的文章“断路器投切高补偿度500kV空载线路的风险与对策”对带补偿并联电抗器的500kV输电线路进行了详细仿真分析，认为燃弧时间异常现象是由直流分量过大引起，并提出借助合闸电阻、增加线路长度、运用单相重合闸操作方式、调整补偿度等措施进行研究。借助合闸电阻仍存在直流分量抑制效果不明显；增加线路长度无法有效解决直流分量问题；无法借助单相操作方式来抑制直流分量，效果与三相基本类似；降低补偿度比较有效。

《电网技术》2012年12月的文章“带高抗500kV长线路合闸引起的直流偏置电流问题及应对措施”通过电磁暂态仿真，研究典型线路合分闸操作时的电流偏置问题及采用合闸点组及控制相角合闸技术抑制电流偏置的效果，结果表明，在存在单相预付故障时三相合空线时，装设合闸电阻后仍有较大概率出现电流延迟过零现象；采用定相位合闸断路器，由于合闸断路器的合闸时间存在一定随机性，仍可能存在超过100ms的电流不过零时间。

《云南电力技术》2014年2月的文章“并联补偿线路合闸操作直流偏置研究”通过理论及仿真方法分析了带高抗线路投切直流分量及直流偏置计算，并提出了通过装设合闸电阻、控制合闸初相位、调整补偿度等方法。这些方法的不足是，装设合闸电阻提高了断路器复杂度、成本增加；投运先预先投入串联补偿装置，仅适用于带串补的线路，有应用的局限性；合闸初相角受断路器合闸时间分散性影响，若未能准确在预定相角合闸，则仍然存在断路器跳闸无法灭弧的风险；降低并联电抗器补偿度可增加空充电流交流分量，但通常电抗器容量固定不具备调整条件，或调整时操作相对复杂。

中国专利公开号CN103840470B，公开日2016年03月23日，发明的名称为一种断路器合闸相位控制方法、装置及系统，该专利公开了一种避免直流偏置产生风险的断路器合闸相位控制方法，其中权利要求2中的判断A相电压信号是否达到峰值，如果是则控制长线路中的A相断路器合闸，A相断路器合闸后经过60°控制长线路中的C相断路器合闸，C相断路器合闸后经过60°控制长线路中的B相断路器合闸。不足之处是，仅考虑了通过选相关合抑制直流偏置电流的措施，发送合闸控制指令后至断路器完成关合过程中，断路器的合闸时间存在机械分散性、预击穿等因素均会对最终合闸准确性产生影响，若未能准确在预定相角合闸，仍然存在一定含量的直流偏置电流，仍然存在断路器跳闸无法灭弧的风险。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，可有效降低断路器合闸后短期内分闸无法灭弧的风险，保护断路器设备免遭损坏，提高电力系统稳定。

为了实现上述目的，本发明是通过以下的技术方案实现的：线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，对断路器采用逐相合闸控制，包含以下步骤：

(1)首合闸相采用定相位关合降低合闸电流的直流分量；

(2)次合闸相和末合闸相的关合操作：需要检测到前一合闸相合闸完成且未检测到合闸于故障，且检测到前一合闸相电流瞬时值有效过零之后，再进行下一合闸相的定相位关合。

进一步的，所述步骤(2)具体包括：在检测到前一合闸相合闸完成且在故障判定时间T1内未检测到合闸于故障，并在直流偏置电流最大衰减时间T2到达前，检测到前一合闸相电流瞬时值有效过零，再进行下一合闸相的定相位关合。

进一步的，故障判定时间T1到达之前检测到前一合闸相电流有效过零，此时等待至T1到达时刻进行下一合闸相的合闸控制。

进一步的，若直流偏置电流最大衰减时间T2时间内仍然无法检测到前一合闸相电流有效过零，则在T2时间到达时刻，根据预先设定的方式对下一相进行合闸控制，或闭锁下一相的合闸控制。5、根据权利要求2～4任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：所述的故障判定时间T1，为断路器合闸于故障时经特征量计算且判为故障的时间加上继电保护动作出口及断路器切除故障所需时间，并考虑适当裕度。

进一步的，所述的故障判定时间T1，在T1时间内未合闸于故障是进行下一相合闸控制的先决条件。

进一步的，在故障判定时间T1内判定该相是否合闸于故障包括以下方法：1)通过采集外部故障特征量进行计算和判定，典型的故障特征量计算包括使用电流判据、电压判据或其组合判据；2)接收其他继电保护设备的故障跳闸信号；3)采集断路器位置接点并判定合闸后T1内是否变位。

进一步的，所述的直流偏置电流最大衰减时间T2，其取值大于故障判定时间T1。

进一步的，所述的直流偏置电流最大衰减时间T2，为随机合闸时产生的直流偏置电流衰减时间的最大值，并考虑适当裕度。

进一步的，所述的电流瞬时值有效过零，其判定原则为：当检测到电流发生了由负变正的正向穿零点，或检测到电流发生了由正变负的反向穿零点，均判为过零点；累加过零点个数为N，判定电流瞬时值有效过零时满足N≥1。

本发明针对带高抗线路空载合闸直流偏置电流所引发的断路器无法分闸的风险，采用逐相合闸控制策略，通过定相位合闸可有效削弱合闸时直流分量的幅值，通过检测前相过零后再进行后相合闸，可有效降低跳闸对断路器触头造成持续长时间烧蚀或损坏的风险，对开关设备可靠性及系统安全稳定运行有着重要意义。

附图说明

图1为本发明断路器控制方法的合闸流程示意图；

图2为故障判定时间T1到达之前检测到合闸电流有效过零的单相合闸控制逻辑图；

图3为故障判定时间T1到达之后且直流偏置电流最大衰减时间T2到达之前检测到合闸电流有效过零的单相合闸控制逻辑图；

图4为直流偏置电流最大衰减时间T2到达之后仍未检测到合闸电流有效过零的单相合闸控制逻辑图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例1

长距离输电线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，如图1所示，描述了断路器成功投入整个过程的控制流程。因电力系统三相对称性，各相的合闸先后顺序可以更换。包括以下步骤：

(1)对断路器采用逐相合闸控制，断路器首合闸相采用定相位关合降低合闸电流的直流分量；

(2)在检测到首合闸相合闸完成且在故障判定时间T1内未检测到合闸于故障，并在直流偏置电流最大衰减时间T2到达前，检测到首合闸相电流瞬时值有效过零，再进行次合闸相的定相位关合；

(3)在检测到次合闸相合闸完成且在故障判定时间T1内未检测到合闸于故障，并在直流偏置电流最大衰减时间T2到达前，检测到次合闸相电流瞬时值有效过零，再进行末合闸相的定相位关合，完成断路器成功投入。

进一步以断路器首合闸相为例进行说明，设定故障判定时间T1，直流偏置电流最大衰减时间T2，且满足T1<T2。首先对首合闸相进行定相位关合，为减小合闸电流的直流偏置分量，将目标关合点设置为该相系统相电压峰值。

首合闸相完成合闸后，合闸电流可能发生如下几种情况，控制原则如下：

情况(一)T1时间到达之前检测到合闸电流有效过零，此时等待至T1到达时刻进行次合闸相的合闸控制，如图2。

情况(二)故障判定时间T1到达之后且直流偏置电流最大衰减时间T2到达之前检测到合闸电流有效过零，此时在检测到合闸电流有效过零时刻之后，进行次合闸相的合闸控制，如图3。

情况(三)直流偏置电流最大衰减时间T2到达之后仍未检测到合闸电流有效过零，此时根据预先设定的方式进行下一相的合闸控制，或闭锁下一相的合闸控制，如图4。

断路器各相的合闸控制原则相同，根据上述可能发生的几种情况决定是否进行下一相的合闸控制。当判定为某一相合闸于故障或断路器发生跳闸后，即时终止对下一相的合闸控制，断路器投入失败。待故障切除后重新按上述控制方法进行断路器投入操作。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，对断路器采用逐相合闸控制，其特征在于包含以下步骤：

(1)首合闸相采用定相位关合降低合闸电流的直流分量；

(2)次合闸相和末合闸相的关合操作：需要检测到前一合闸相合闸完成且未检测到合闸于故障，且检测到前一合闸相电流瞬时值有效过零之后，再进行下一合闸相的定相位关合。

2.根据权利要求1所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：

在检测到前一合闸相合闸完成且在故障判定时间T1内未检测到合闸于故障，并在直流偏置电流最大衰减时间T2到达前，检测到前一合闸相电流瞬时值有效过零，再进行下一合闸相的定相位关合。

3.根据权利要求1所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于，

故障判定时间T1到达之前检测到前一合闸相电流有效过零，此时等待至T1到达时刻进行下一合闸相的合闸控制。

4.根据权利要求2所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于，

若直流偏置电流最大衰减时间T2时间内仍然无法检测到前一合闸相电流有效过零，则在T2时间到达时刻，根据预先设定的方式对下一相进行合闸控制，或闭锁下一相的合闸控制。

5.根据权利要求2～3任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：所述的故障判定时间T1，为断路器合闸于故障时经特征量计算且判为故障的时间加上继电保护动作出口及断路器切除故障所需时间，并考虑适当裕度。

6.根据权利要求2～4任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：所述的故障判定时间T1，在T1时间内未合闸于故障是进行下一相合闸控制的先决条件。

7.根据权利要求2～4任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：在故障判定时间T1内判定该相是否合闸于故障包括以下方法：1)通过采集外部故障特征量进行计算和判定，典型的故障特征量计算包括使用电流判据、电压判据或其组合判据；2)接收其他继电保护设备的故障跳闸信号；3)采集断路器位置接点并判定合闸后T1内是否变位。

8.根据权利要求2～4任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：所述的直流偏置电流最大衰减时间T2，其取值大于故障判定时间T1。

9.根据权利要求2～4任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：所述的直流偏置电流最大衰减时间T2，为随机合闸时产生的直流偏置电流衰减时间的最大值，并考虑适当裕度。

10.根据权利要求1～4任一项所述的线路空载合闸时抑制直流偏置电流的断路器控制方法，其特征在于：所述的电流瞬时值有效过零，其判定原则为：当检测到电流发生了由负变正的正向穿零点，或检测到电流发生了由正变负的反向穿零点，均判为过零点；累加过零点个数为N，判定电流瞬时值有效过零时满足N≥1。